Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. - katedra technických zařízení budov -

Transkript

1 1 TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1 PŘÍPRAVA TEPLÉ VODY, HYDRAULICKÝ VÝPOČET Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. - katedra technických zařízení budov - 2 Teplá voda a legislativa Příprava teplé vody a ČSN q definice teplé vody vyplývá z ČSN jedná se o ohřátou pitnou vodu vhodnou pro trvalé používání člověkem a domácími zvířaty q definice pitné vody je dána vyhláškou ministerstva zdravotnictví č. 376/2000 Sb., kde jsou stanoveny mikrobiologické, biologické, fyzikální a chemické ukazatele pitné vody a jejich hygienické limity q samotnou změnou teploty se pravděpodobně výrazně nezmění její složení a ukazatele natolik, aby se nedala pít q nicméně k pití není určena proto, že se obvykle nachází v systému, kde hrozí prudké snížení její kvality zejména z hlediska mikrobiologického q ačkoli je zde legislativní požadavek a snaha různými způsoby zajistit mikrobiální nezávadnost teplé vody v rozvodech teplé vody v různých objektech, riziko mikrobiální kolonizace vždy existuje!!! 1

2 Teplá voda a legislativa Hygienické požadavky zákon č. 258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů. teplou vodu dodávanou potrubím užitkové vody nebo vnitřním vodovodem, které jsou konstrukčně propojeny směšovací baterií s vodovodním potrubím pitné vody, může výrobce vyrobit jen z vody pitné. Vyhláška č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody ve znění pozdějších předpisů. Mikrobiologické, biologické, fyzikální, chemické a organoleptické ukazatele teplé vody uvedeny v příloze č.2 Legionella, různé bakterie (E-coli, ), barva, chlor, fosforečnany, ClO 2, pach, ph, teplota (55 C), zákal, trihalomethany, chemické spotřeba kyslíku (pomocí Mn) CVUT FSV katedra TZB /k125@fsv.cvut.cz/ Parametry teplé vody Vyhláška 194/2007 Sb. kterou se stanoví pravidla pro dodávku TV.. Teplá voda je dodávána celoročně tak, aby měla na výtoku u spotřebitele teplotu 45 C až 60 C, s výjimkou možnosti krátkodobého poklesu v době odběrných špiček spotřeby (v době 6:00 22:00) Limit maximální měrné ukazatele spotřeby energie pro přípravu TV ne vyšší než 0,17 GJ/(m 2.rok) až 0,21 GJ/(m 2.rok) ČSN EN 806-2,3 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě - Část 2 a 3 při úplném otevření výtokové armatury vytékala nejpozději po uplynutí 30s voda o teplotě 50 C až 55 C, výjimečně 60 C (v odběrové špičce krátkodobě nejméně 45 C), rozdíl teplot mezi zdrojem a místem odběru min 5 K CVUT FSV katedra TZB /k125@fsv.cvut.cz/ 2

3 5 Teplota teplé vody v legislativě Maximální teplota vody pro součásti a zařízení ve vnitřním rozvodu teplé vody při poruchách (ČSN EN 806-2) Maximální doporučená teplota vody v akumulačních zásobnících tepla s plovoucím zásobníkem teplé vody nebo průtokovým ohřevem (doporučení výrobců nádrží, nastavení havarijního termostatu) 95 C 95 C Doporučená teplota pro termickou desinfekci (ČSN ) 70 C Doporučená maximální teplota pro samostatné ohřívače teplé vody (ČSN ) 60 C Teplota vody v místě odběru (výtoku) u uživatele (ČSN ) Teplota na výtoku u spotřebitele dle vyhlášky č. 194/2007 Sb. s výjimkou možnosti krátkodobého poklesu v době odběrných špiček Maximální teplota na výtoku např. v nemocnicích, školách, domovech pro seniory (ČSN EN 806-2) C C 43 C Výpočtová teplota vody pro mytí osob (ČSN ) 40 C Maximální teplota nastavená na termostatickýchbateriích pojistkou 38 Doporučení teplota na výtoku pro děti v mateřskýchškolách (ČSN EN 806-2) (max 38 C) 6 Teplota vody v provozních stavech - 90 C havarijní stav - 80 C - 70 C - 60 C - 50 C - 40 C - 30 C - 20 C - 10 C teplá voda dospělí studená voda technologické požadavky zařízení teplá voda děti legionella rozmnožování až úhyn 3

4 7 Parametry teplé vody qnejdůležitějším parametrem teplé vody je její teplota, která se liší podle toho, kde se voda v systému nachází a k čemu je určena, její vliv má dvě hlediska : qnamáhání celého systému teplotou a tudíž vliv na životnost všech prvků qenergetické ztráty závislé na teplotě při její přípravě a distribuci namáhání teplotou znamená : objemovou roztažnost vody délkovou roztažnost potrubí 8 Fyzikální aspekty přípravy teplé vody Objemová roztažnost vody q závislá na teplotě vody, vyjádřená součinitelem zvětšení objemu n, který je funkcí hustoty 1000 n = r t,max = -1,0004 r r 10 C t,max n součinitel zvětšení objemu - poměrné zvětšení objemu vody při jejím ohřátí z teploty 10 C na maximální teplotu vody tmax ρt,max hustota vody při maximální teplotě při ohřevu vody ρ10 C hustota vody při teplotě studené vody 10 C 4

5 9 Fyzikální aspekty přípravy teplé vody Objemová roztažnost vody kompenzace : pojistný ventil - zvýšením tlaku v systému na hranici otevíracího tlaku ventilu a odpuštěním vody ze systému expanzní nádoba - objem je závislý na výpočtových tlakových poměrech v systému (obdobný výpočet jako u vytápění) - expanzní nádoba musí pojmout nejméně 4 % celkového objemu vody určené k ohřevu Fyzikální aspekty přípravy teplé vody Objemová roztažnost vody - bez ohledu na kompenzaci roztažnosti musí být zásobníky vody vybaveny pojistným ventilem proti překročení nejvyššího pracovního přetlaku. V případě více zásobníků, musí být pojistný ventil umístěn před každým zásobníkem. 10 5

6 11 Fyzikální aspekty přípravy teplé vody Délková roztažnost potrubí : -délková roztažnost potrubí v systému teplé vody závisí na součiniteli délkové roztažnosti materiálu potrubí, které je možno řešit přirozenou změnou trasy potrubí, nebo kompenzátory vkládanými do potrubí. Délková změna potrubí, způsobená rozdílem teplot média, je rovna: 12 Fyzikální aspekty přípravy teplé vody Délková roztažnost potrubí : - délka ohybových ramen u kompenzátorů vytvořených trasou potrubí, je dána: Materiál Měrná hmotnost ρ / kg m -3 / Součinitel drsnosti k Součinitel tepelné roztažnosti α / mm.m -1.K -1 Součinitel tepelné vodivosti λ /W.m -1.K -1 / Ocel pozink ,5 2,0 0, Měď ,01 0,03 0, lpe 920 0,2 0,41 rpe 910 0,26 0,41 PP 900 0,15 0,24 PVC ,08 0,13 PB 910 0,13 0,12 VPE 940 0,18 0,3 6

7 13 Fyzikální aspekty přípravy teplé vody Délková roztažnost potrubí : - volba geometrie kompenzátorů je dána prostorem a materiálem potrubí - při volném vedení potrubí není problém instalovat v podstatě jakýkoliv typ kompenzace - při zabudování potrubí do konstrukce, zejména pak podlahové, je kompenzace velký problém - ukládání potrubí do podlahy je často nejoblíbenější způsob, jak zjednodušit montáž potrubí a zároveň se potrubí zbavit - z hlediska kompenzace je to však velmi problematické místo - jak ve stěnách, tak v podlaze se tedy musí potrubí uložit s dostatečnou vůlí Fyzikální aspekty přípravy teplé vody Délková roztažnost potrubí : 14 Příklady kompenzace - PB=pevný bod, KU=kluzné uložení 7

8 Potřeba vody vyhláška č.120/2011 dle vyhlášky č. 120/2011 Sb. je potřeba vody součtem potřeby studené i teplé vody pro energetickou náročnost je problematický údaj množství teplé vody ČSN množství teplé vody pro návrh zdroje, nikoli reálná spotřeba teplé vody, nevhodný údaj ( = 20l/os,d studené?) ČSN EN Tepelné soustavy v budovách DIN V část 3 - energetická náročnost přípravy teplé vody vyhláška č. 120/2011 Sb. množství teplé vody určit odborným odhadem podrobný rozbor provozu, měření vody, fakturační údaje koordinace se zdrojem tepla!!! možnost budoucího připojení na alternativní zdroj Potřeba teplé vody - ČSN

9 17 Potřeba teplé vody - ČSN Odvození průměrné denní potřeby teplé vody na osobu v bytovém domě 18 Charakteristiky výtoků TV SOUČINITEL SOUČASNOSTI PRO BYTOVÉ OBJEKTY 1,2 s o u č i n i t e l s o u č a s n o s t i 1 0,8 0,6 0,4 0, počet bytů 9

10 Spotřeba teplé vody TNI TNI energetická náročnost budov, typické parametry pro výpočet Typ zóny q W,nd,f,d (l/(mj den)) q W,nd,A,d (l/(m 2 den)) Vztažná plocha Rodinný dům l na osobu a den Bytový dům l na osobu a den Administrativní budova 4-8 l na osobu a den 0,3-0,6 l/(m 2 d) Kancelářská plocha Nemocnice lůžka 152 l na osobu a den 10,1 l/(m 2 d) Pokoje Vzdělávací zařízení 10 l na osobu a den 3,2 l/(m 2 d) Vyučovací prostory Budovy pro obchod 19 l na zaměstnance a den 0,2 l/(m 2 d) Prodejní plocha Výrobní provozy, dílny (šatny) 29 l na zaměstnance a den 1,4 l/(m 2 d) Výrobní plocha Hotel (ubytovna) 29 l na lůžko a den 3,6 l/(m 2 d) Hotelové pokoje Hotel (standard ***) 86 l na lůžko a den 8,6 l/(m 2 d) Hotelové pokoje Hotel (vyšší standard ****) 133 l na lůžko a den 11,0 l/(m 2 d) Hotelové pokoje Restaurace, stravování 29 l na místo a den 23,8 l/(m 2 d) Veřejné prostory Kolej, domov mládeže 67 l na místo a den 4,4 l/(m 2 d) Pokoje Sportovní zařízení (sprchy) 29 l na osobu a den Sportovní zařízení 101 l na sprchu a den 20 Profily odběru teplé vody Denní profily odběru jsou ovlivněny zejména: lokalitou, kde se objekt nachází (sídliště, RD, město x venkov) sociální strukturou obyvatel (zaměstnanost, pracovní doba, věk...) vybaveností objektu zařizovacími předměty skladbou obyvatel % den ní potřeby vody hod Bytový dům dle DIN Klinika Sportovní zařízení Hotel Restaurace Bytový dům dle ČSN 10

11 21 Výpočet přípravy TV zásobníkový ohřev Potřeba TV za časovou periodu -V 2P V 2P = V o + V j + V u [m 3 /per] V o potřeba vody na mytí osob [m 3 /per] V j potřeba vody pro mytí nádobí [m 3 /per] V u potřeba vody pro úklid a mytí podlahy [m 3 /per] - množství vody vychází z rozboru provozu konkrétního objektu - pro bytové objekty se vychází z ČSN pro zjednodušení je možno použít i spotřebu vody na byt (např litrů/byt,den), 22 Výpočet přípravy TV zásobníkový ohřev Potřeba tepla odebraného z ohřívače E 2P E 2P = E 2T + E 2Z [kwh/per] E 2T teoretické teplo pro ohřátí množství V 2P E 2T = V 2P. r. c. (t 2 t 1 ) [kwh/per] V 2P potřeba TV za časovou periodu [m 3 ] c měrná tepelná kapacita vody 4186 J/kg.K = 1,163 kwh/m 3 K t 2 teplota ohřáté vody (centrální ohřev 55 C) t 1 teplota studené vody (výpočtová teplota je 10 C) E 2Z teplo ztracené při ohřevu a dopravě TV E 2Z = E 2T. z [kwh/per] E 2T teoretické teplo pro ohřátí množství V 2P [kwh] z ztráta tepla při ohřevu a dopravě TV (0,5-v objektu 1,0-okrskový ohřev) 11

12 23 Výpočet přípravy TV zásobníkový ohřev Velikost zásobníku V Z = DE max / c. (t 2 t 1 ) [m 3 ] DE max maximální rozdíl mezi křivkou dodávky a odběru (viz graf) [kwh] c měrná tepelná kapacita vody 4186 J/kg.K = 1,163 kwh/m 3 K t 2 teplota ohřáté vody (centrální ohřev 55 C) t 1 teplota studené vody (výpočtová teplota je 10 C) Tepelný výkon ohřívače (výkon topné vložky zásobníku) Q = E 2P / t [kw] E 2P - potřeba tepla odebraného z ohřívače [kwh/per] t - doba ohřevu a odběru TV ( podle typu objektu a způsobu ohřevu ) Výpočet přípravy TV ČSN KŘIVKA ODBĚRU 0-5 hod 0% 5-17 hod 35 % hod 50 % hod 15 % 12

13 25 Výpočet přípravy TV ČSN trvalá dodávka tepla přerušovaná dodávka tepla DE max DE max Spotřeba vody - bytové domy Rozložení spotřeby studené vody Studená voda (bez TV) l/os/hod 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Pondělí Úterý Středa Čtvrtek Pátek Sobota Neděle Průměr 0, hod 13

14 27 Roční spotřeba teplé vody Bytový dům, 80 osob vodoměr, měření tepla l/os/den měsíc Teoretická potřeba Z měření tepla Vodoměr 28 PŘÍPRAVA TEPLÉ VODY - ROZDĚLENÍ podle konstrukce zařízení : zásobníkové (akumulační) průtočné smíšené - nerovnoměrný odběr vody - rovnoměrný odběr vody - průtočný systém doplněný zás.tv pro krytí špiček podle použitých energií : jednoduché kombinované - jediný zdroj tepla (el. energie, plyn, pevná paliva) - více zdrojů tepla (el. energie+ solární energie) podle provozního přetlaku : beztlakové tlakové podle místa ohřevu : lokální centrální 14

15 29 Způsoby ohřevu vody ZÁSOBNÍKOVÝ PŘÍMOTOPNÝ OHŘEV ZÁSOBNÍKOVÝ NEPŘÍMOTOPNÝ OHŘEV PRŮTOKOVÝ OHŘEV T T T T T 30 LOKÁLNÍ PŘÍPRAVA TEPLÉ VODY lokální - ohřev TV probíhá v místě (co nejblíže) spotřeby TV - pro menší počet odběrných míst (byt, malé hyg. zařízení) + krátké rozvody připojovacího potrubí + individuální měření spotřeby tepla na výrobu TV + malé energetické ztráty - prostor pro zařízení na ohřev TV - přívod energie pro zařízení na ohřev TV 15

16 31 LOKÁLNÍ PŘÍPRAVA TEPLÉ VODY ZÁSOBNÍK TUV ZDROJ TEPLA K ZÁSOBNÍK TUV uzávěr+vodoměr STOUPACÍ POTRUBÍ K K vodoměrná sestava LEŽATÉ POTRUBÍ terén 32 CENTRÁLNÍ PŘÍPRAVA TEPLÉ VODY centrální - příprava TV pro větší počet odběrných míst (objekt) - dálková příprava - soubor objektů, sídliště (topné kanály, kolektory) + jediný zdroj tepla + velké množství vody ihned k dispozici - dlouhé rozvody (nutná cirkulace média) - energetické ztráty - poruchovost potrubí - měření spotřeby tepla u objektů i spotřebitelů 16

17 33 CENTRÁLNÍ PŘÍPRAVA TEPLÉ VODY PŘIPOJOVACÍ POTRUBÍ STOUPACÍ POTRUBÍ uzávěr+vodoměr STOUPACÍ POTRUBÍ vodoměrná sestava ZÁSOBNÍK TUV CIRKULAČNÍ ČERPADLO ZDROJ TEPLA LEŽATÉ POTRUBÍ 34 Zásobníkový ohřev centrální - armatury uzavírací ventil zkušební zařízení zpětná ventil tlakoměr P uzavírací ventil pojistný ventil vypouštění teploměr T uzavírací ventil napojení na zdroj tepla uzavírací ventil zpětná ventil čerpadlo VÝSTUP TEPLÉ VODY uzavírací ventil VSTUP CIRKULAČNÍ VODY VSTUP STUDENÉ VODY 17

18 35 Tepelné ztráty při ohřevu teplé vody CENTRÁLNÍ OHŘEV % (20-300%) ZDROJ TEPLA T VÝSTUP TEPLÉ VODY VSTUP CIRKULAČNÍ VODY LOKÁLNÍ OHŘEV 5-25% T spalování paliv elektrická energie výměník 36 Příprava TV možnosti cirkulace 18

19 37 Příprava TV problematika cirkulace Cirkulace teplé vody ANO/NE? - splnění kvalitativních kritérií : qpožadavek na dodávku teplé vody do výtoku o teplotě 55 C do 30s qkoncové úseky, které nejsou napojeny na cirkulačním okruh, musí být takové maximální délky, aby jejich vodní objem v trase od ohřívače vody nebo od odbočení z potrubí s cirkulací k nejvzdálenější výtokové armatuře nebyl větší než: 2,0 l při napojení výtokových armatur u umyvadel a dřezů, 3,0 l při napojení výtokových armatur u van, sprch, velkokuchyňských dřezů a výlevek 38 Příprava TV problematika cirkulace Cirkulace teplé vody ANO/NE? - splnění technických kritérií : qcirkulace teplé vody musí zabezpečit, aby rozdíl teplot mezi výstupem přívodního potrubí z ohřívače nebo vstupem teplé vody do objektu (při ústředním ohřívání vody v okrskovém ohřívači) a spojením přívodního s cirkulačním potrubím nepřekročil 3 K qprůtoky v jednotlivých větvích cirkulace se regulují buď ručním, nebo automatickým nastavením armatur. Vypočtené cirkulační průtoky se podle potřeby zvýší, aby průtočná rychlost vody v cirkulačním potrubí byla alespoň 0,3 m/s (u měděného potrubí alespoň 0,2 m/s). Při těchto průtočných rychlostech je omezeno usazování kalu v potrubí. 19

20 39 Příprava TV problematika cirkulace Cirkulace teplé vody rychlosti dle ČSN 40 Příprava TV problematika cirkulace Cirkulace teplé vody ANO/NE? - splnění hygienických kritérií : zabránění vzniku Legionelly (stagnující voda, malá rychlost, teplota C) pozor na slepé úseky potrubí, kde se neodebírá voda doporučená rychlost proudění v cirkulaci min 0,3 m/s, rozvody TV min 0,5 m/s cirkulační čerpadlo TV se nemá vypínat = potřeba energie - splnění energetických kritérií : cirkulace teplé vody znamená vždy spotřebu energie ve formě tepelných ztrát potrubí, energie čerpadel 20

21 41 Solární příprava teplé vody - soustava základní solární soustava - solární kolektor - potrubí - čerpadlo - expanzní nádoba - zásobník - rozvody teplé a studené vody schema zapojení se zdrojem 42 Děkuji za pozornost 21